Текст книги "Неизвестный Сталин"

Автор книги: Рой Медведев

Соавторы: Жорес Медведев
сообщить о нарушении

Текущая страница: 15 (всего у книги 60 страниц) [доступный отрывок для чтения: 22 страниц]

Водородная бомба. Ошибки проекта и мобилизация ученых

В плутониевых и урановых бомбах переход зарядов в критическое состояние, при котором начиналась взрывная цепная реакция распада атомных ядер, достигался не наращиванием массы плутония или урана-235, а увеличением их плотности колоссальным сжатием в несколько сот тысяч атмосфер. Такое сжатие сильно уплотняло металл, сближало его атомы и создавало критическое состояние. Это сверхдавление обеспечивалось имплозией направленных внутрь синхронизированным электрическими детонаторами взрывом обычных взрывчатых веществ множества зарядов, расположенных сферически на равных расстояниях от плутониевого или уранового «шариков» размером с крупное яблоко. От внешнего давления фокусированных взрывных волн такие «шарики» уменьшались в размерах сдавливанием почти вдвое, и помещенный в центр «шарика» источник нейтронов – взрыватель – начинал цепную реакцию атомного взрыва. В первых бомбах в атомный взрыв вовлекалось не более 7—10 % плутония или урана, остальная масса испарялась при взрыве. В последующем различными модификациями удалось увеличить коэффициент распада плутония или урана, что, соответственно, увеличивало и мощность взрыва.

Взрыв водородной бомбы за счет слияния ядер дейтерия помимо миллионных температур, обеспечиваемых атомным взрывом, требовал также и сверхвысоких давлений. По первоначальной теории Теллера, давление в несколько сотен тысяч атмосфер, которое можно было обеспечить имплозией обычных взрывчатых веществ, могло быть достаточным и для возникновения самоподдерживающейся реакции термоядерного синтеза. Доказать это можно было лишь фантастически большим количеством расчетов, и отсутствие в тот период быстродействующих компьютеров делало разработку рабочей теории водородной бомбы крайне медленной. Эта же трудность тормозила и теоретическую работу в СССР. По компьютерам, которые были известны тогда в СССР как «электронные вычислительные машины», Советский Союз значительно отставал от США. Но этот недостаток преодолевался вовлечением в расчеты значительно большего числа математиков. Каждый из них получал ту или иную задачу, часто не представляя общей картины и даже общей цели, для которой его расчеты будут использованы. Был резко расширен прием студентов на все физико-математические факультеты университетов. По числу математиков СССР к 1950 году лидировал во всем мире.

Проблема атомной бомбы решалась в основном физиками из научной школы академика Абрама Федоровича Иоффе, создавшего Ленинградский физико-технический институт. Это были по большей части физики-экспериментаторы, а не теоретики. Но даже для начальных разработок водородной бомбы были нужны, главным образом, физики-теоретики и математики. Это направление представляли московские школы: Игоря Тамма, возглавлявшего теоретический отдел Физического института Академии наук (ФИАН), Льва Ландау, руководившего теоретическим отделом Института физических проблем (ИФП), Якова Зельдовича, самого молодого из теоретиков, заведовавшего теоретическим отделом Института химической физики (ИХФ). Лучшие математики работали в этот период в Институте прикладной математики АН СССР, руководителем которого был академик Мстислав Всеволодович Келдыш. Несколько авторитетных математических школ базировались в Московском и Ленинградском университетах, а до войны и в Харькове.

В 1946 и в 1947 годах эти научные центры и немалое число других самостоятельными постановлениями Совета Министров СССР, подписываемыми Сталиным, были вовлечены в проект создания термоядерного оружия и переходили на режимы строгой секретности. Общая координация всех усилий лежала на плечах Курчатова. Однако в этот период, и особенно в 1948 и в 1949 годах, Курчатов был столь сильно привязан к созданию промышленного реактора и производству плутония для первой атомной бомбы в атомградах, созданных в Челябинской и Свердловской областях, что центр всей этой работы по водородной бомбе переместился в секретный атомный город в Горьковской области, на границе с Мордовией, известный как КБ-11, а позже как Арзамас-16. Научным руководителем этого атомного центра был тогда также малоизвестный Юлий Борисович Харитон. В 1947 году в КБ-11 был переведен Яков Зельдович.

К 1948 году, несмотря на большой объем проведенных расчетов и теоретических исследований, никакого рабочего конструктивного решения водородной бомбы в СССР еще не было. Как сейчас известно, не было его и в США. Однако советская разведка не имела «источников» в группе Теллера и не могла следить за судьбой проекта водородной бомбы в США.

Теоретически модель супербомбы предполагала, что после начала термоядерной реакции в одном из концов цилиндра с жидким дейтерием выделяемая при ядерном синтезе энергия будет распространяться вдоль цилиндра и детонировать термоядерную реакцию во всей массе дейтерия. Взрыв, хотя он продолжался бы какие-то доли микросекунды, происходил в две стадии. Но расчетами не удавалось доказать, что начинающаяся в дейтерии термоядерная реакция синтеза будет распространяться самопроизвольно, а не «погаснет» по тем или иным причинам.

Для того чтобы ускорить все расчеты, лаборатория в Лос-Аламосе заказала новые, более сложные компьютеры со специальными программами именно для тех расчетов, которые были необходимы Теллеру. Для ответа на многие вопросы нужно было ждать появления новых суперкомпьютеров. Американская система не позволяла Теллеру принудительно привлекать к расчетам через решения правительства математиков из разных университетов.

В СССР мобилизация ученых для той или иной государственно важной задачи была делом более простым. Подпись Сталина была равносильна закону и для Академии наук. К середине 1948 года Зельдович, так же как и Теллер, не мог доказать, что термоядерная реакция в жидком дейтерии, помещенном в особую «трубу», будет самопроизвольной. Нужны были новые подходы и новые идеи. Это требовало и новых людей. Курчатов решил включить в разработку идеи водородной бомбы группу Тамма, в то время наиболее авторитетного в СССР физика-теоретика. Один из молодых сотрудников Тамма, Андрей Дмитриевич Сахаров, которому тогда было 27 лет, в своих «Воспоминаниях» описывает это событие:

«В последних числах июня 1948 года Игорь Евгеньевич Тамм с таинственным видом попросил остаться после семинара меня и другого своего ученика, Семена Захаровича Беленького… Когда все вышли, он плотно закрыл дверь и сделал ошеломившее нас сообщение. В ФИАНе по постановлению Совета Министров и ЦК КПСС создается исследовательская группа. Он назначен руководителем группы, мы оба – ее члены. Задача группы – теоретические и расчетные работы с целью выяснения возможности создания водородной бомбы» [129]129
  Сахаров А. Д.Воспоминания. Нью-Йорк: Изд-во им. Чехова, 1990. С. 129.


[Закрыть]. Третьим участником группы был ученик Тамма Виталий Лазаревич Гинзбург. Вскоре к новому теоретическому коллективу были присоединены еще несколько молодых физиков. Отказов от участия в исследованиях не было. Молодые ученые в то время обычно сильно нуждались и имели плохие жилищные условия. Тогда включение в атомный проект, сопровождаемое допуском к сверхсекретным работам, оформлялось по всем инстанциям и было связано с новыми высокими окладами, новым статусом и предоставлением хороших квартир в Москве.

Получавшие эти элитные квартиры тогда еще не знали, что по практике, введенной НКВД еще с 1943 года, все такие квартиры оборудовались «оперативной техникой прослушивания» [130]130
  Судоплатов П.Разведка и Кремль. М.: Гея, 1996. С. 221.


[Закрыть]. Анализом подслушиваемых разговоров атомщиков занимался, по распоряжению Берии, отдел НКВД «С», которым руководил генерал Павел Судоплатов. Главные проблемы у органов госбезопасности по материалам прослушивания квартир возникали при расшифровках разговоров Льва Ландау, который до конца своих дней не подозревал о том, что каждое его слово записывается на пленку. Он нередко называл государственный строй в СССР «фашизмом» и жаловался на то, что он сам низведен до уровня «ученого раба» [131]131
  Яковлев А. Я.Источник из окружения Ландау сообщил… // Общая газета. 1999. 25 нояб. – 1 дек.


[Закрыть]. Но никаких «утечек» секретной информации не было зафиксировано.

Американский вызов

Новые быстродействующие компьютеры, которые были получены в Лос-Аламосе примерно к середине 1949 года, сразу ускорили работу американских энтузиастов водородной бомбы. Однако Теллера и его сотрудников ожидало глубокое разочарование. Их модель супербомбы, которую уже стали называть классической, оказалась ошибочной. Проведенные расчеты показали, что самопроизвольная реакция в дейтерии может развиваться лишь при давлениях не в сотни тысяч, а в десятки миллионов атмосфер. Имплозия, полученная с помощью обычных фокусированных взрывов, не могла обеспечить таких сжатий. Теллер оказался в тупике. По расчетам, можно было бы уменьшить необходимое давление, если смешивать дейтерий с тритием, еще более тяжелым изотопом водорода. Но тритий, в отличие от дейтерия, не встречается в природе. Это радиоактивный изотоп с периодом полураспада около двенадцати лет. Его можно было бы получать в особых реакторах, но этот процесс слишком дорогой и медленный. Группа Зельдовича, которая шла вслед за Теллером по этому же пути, также оказалась в тупике. Она тоже обнаружила, что лишь очень большое количество трития в смеси с дейтерием может обеспечить самоподдерживающуюся термоядерную реакцию. Но тритиевая бомба была слишком дорогой и непрактичной.

Эти неудачи создали благоприятные условия для того, чтобы прекратить проект водородной бомбы и ограничиться достаточно мощным потенциалом атомных бомб. США все еще имели атомную монополию и к лету 1949 года накопили арсенал в 300 атомных бомб, что, по расчетам военных, было достаточно для разрушения около ста советских городов и промышленных центров и вывода из строя от 30 до 40 % всей экономической инфраструктуры СССР. Но, по заключению американских стратегов, этого атомного арсенала было недостаточно, чтобы нанести Советскому Союзу в случае войны решительное поражение. Руководство США приняло решение об увеличении атомного арсенала до 1 ООО бомб к 1953 году.

Успешное испытание первой советской атомной бомбы, о котором в США стало известно только в середине сентября 1949 года, поставило американское правительство перед дилеммой. С одной стороны, можно было остановить гонку атомных вооружений и начать переговоры с СССР. С другой стороны, можно было, напротив, форсировать создание нового сверхоружия – водородной бомбы. Международная обстановка благоприятствовала миролюбивому курсу. Берлинский кризис закончился в мае 1949 года в пользу Запада. Сталин прекратил блокаду Западного Берлина в мае 1949 года, не добившись своих требований. Закончилась и гражданская война в Китае. Провозглашение 1 октября 1949 года Китайской Народной Республики было стратегическим поражением США в Азии. Но конфликт все же закончился, и война прекратилась. Нужны были новые инициативы по созданию стабильности, а не гонки вооружений.

В США были созданы несколько комитетов и комиссий для того, чтобы выработать новую стратегию. В результате этой работы стало преобладать мнение о том, что появление у СССР атомного оружия и победа коммунистов в Китае создают угрозу интересам США. 31 января 1950 года президент Трумэн сделал публичное заявление о том, что он дал директиву Комиссии по атомной энергии «разрабатывать все виды атомного оружия, включая так называемую водородную бомбу, или супербомбу» [132]132
  Холловей Д.Сталин и бомба: Пер. с англ. Новосибирск, 1997; Holloway D.Stalin and the Bomb. New Haver & London: Yale Univ. Press, 1994. P. 301.


[Закрыть]. На следующий день это решение Трумэна комментировалось на первых страницах американских газет, причем в основном положительно.

Принимая это решение и тем более объявляя о нем публично, Трумэн был уверен, что научная разработка в этой области происходит успешно. Решение Трумэна означало, что вся работа будет направлена в сторону практической реализации и что проект создания водородной бомбы получит необходимую финансовую и организационную поддержку.

Решение Трумэна было триумфом и трагедией для Теллера. Без Теллера к этому времени не было бы даже и самой идеи супербомбы. Никто в ней просто не нуждался. Весь проект был продуктом мегаломании одного человека. Теперь Теллер добился принятия своего плана. Но его трагедия состояла в том, что не было доказательств самой возможности создания супербомбы. Через несколько месяцев после заявления Трумэна расчеты на суперкомпьютере показали, что не только давление, но и температура в атомной бомбе не достигает того уровня, при котором может начаться цепная реакция синтеза в дейтерии. Для начала реакции годился только тритий, изотоп водорода с двумя нейтронами в ядре, что делало эти ядра менее устойчивыми. Но получение одного килограмма трития (по расчетам, сделанным в Лос-Аламосе) по затратам энергии и финансов было равноценно получению 70 килограммов плутония, то есть производству 10–12 обычных атомных бомб. При этом один килограмм трития еще не обеспечивал начала цепной реакции в цилиндре с дейтерием.

По свидетельству историков американской ядерной программы, Эдвард Теллер был в отчаянии. По его инициативе была начата наиболее дорогая в истории США новая военная программа, и в то же время все идеи, положенные в ее основу, оказались неверными. В течение четырнадцати месяцев после заявления Трумэна в лаборатории в Лос-Аламосе и в некоторых других атомных центрах изучались альтернативные решения, но нужной идеи не было найдено. Единственным утешением для Теллера и его коллег было то, что если и Советский Союз пошел по тому же пути на основании разведывательной информации о проектах, обсуждавшихся на семинаре в Лос-Аламосе в 1946 году (Клаус Фукс, участник этого семинара, был арестован в Англии в январе 1950 года), то советские ученые также затратят огромные усилия впустую. В этом отношении, однако, Теллер ошибался. В СССР после заявления Трумэна 31 января 1950 года проекты по водородной бомбе также были переведены из стадии теоретического изучения возможностей в стадию практической реализации. Но все работы пошли не в направлении идей Теллера, так как проверявший их Зельдович прекратил работу по этой модели раньше, чем сам Теллер.

Уже с конца 1949 года все усилия советских физиков, занятых в программе водородной бомбы, были сосредоточены на реализации модели водородной бомбы Сахарова – Гинзбурга. Американцы хотели создать водородную бомбу в тысячу раз более мощную, чем обычная атомная. Модель водородной бомбы Сахарова – Гинзбурга имела некоторые ограничения. Расчеты показывали ее полную реальность. Процессы атомного распада плутония и атомного синтеза дейтерия происходили не в две стадии, а одновременно. Водородный компонент бомбы не мог увеличиваться свыше определенного лимита, что ограничивало мощность взрыва. Эта мощность могла быть лишь в 20–40 раз выше мощности обычной плутониевой бомбы, и это было, конечно, разочарованием. Цена разрушительного потенциала этого варианта водородной бомбы не была ниже, чем у атомной бомбы улучшенной конструкции. Поэтому эта бомба после испытаний не пошла в дальнейшую разработку и в серийное производство. Но ее успешное испытание в августе 1953 года имело все же огромный моральный и политический эффект.

Водородная бомба Сахарова

Эдвард Теллер как теоретический первооткрыватель водородной бомбы значительно переоценивал собственный научный потенциал. Он не был физиком широкого кругозора, с опытом работ в нескольких областях. Но он обладал талантом лоббирования политиков. Он был, кроме того, крайним реакционером и фанатичным антикоммунистом. Теллер дискредитировал себя среди американских физиков выступлениями и обвинениями против Роберта Оппенгеймера, бывшего руководителя Манхэттенского проекта, «отца» атомной бомбы, на особом «политическом» суде, на котором Оппенгеймер обвинялся в нелояльности. В результате суда, получившего мировую огласку, Оппенгеймер был лишен допуска к секретным работам. Оппенгеймер был противником создания водородной бомбы. Теллер сумел убедить американскую администрацию в том, что советские физики, если и смогут создать атомную бомбу, хотя и не скоро, никогда не смогут создать водородную бомбу. Он был убежден, что физические принципы термоядерного оружия настолько сложны и математические вычисления, необходимые для создания рабочей конструкции, настолько грандиозны по объему, что их реализация возможна только в США. Доклады, которые поступали к Трумэну от других экспертов и комиссий, также информировали о крайне ограниченных возможностях Советского Союза в создании термоядерного оружия. Они не были столь скептичны в отношении способностей советских физиков, но были единодушны в заключениях об отсутствии в СССР индустриально-сырьевой базы, необходимой для создания атомной промышленности. По заключению американских экспертов, главным фактором, ограничивающим возможности СССР, является отсутствие урана и урановой промышленности. Отмечалось и отсутствие хороших компьютеров.

Огромное самомнение Теллера не имело никаких реальных оснований. Очень многие советские физики, даже молодые, были намного выше его и по таланту, и по общему научному кругозору. Игорь Тамм, наиболее крупный советский физик-теоретик, имел более широкий, чем Теллер, опыт исследований, захватывавший не только ядерную физику, но и термодинамику, квантовую механику, физическую оптику и другие. Значительно превосходил Теллера по своему таланту и Лев Ландау.

Молодой Яков Зельдович обладал более глубоким математическим умом и большим кругозором, нежели Теллер. Именно поэтому он и без сверхкомпьютеров раньше, чем сам Теллер, убедился в бесперспективности классической модели водородной бомбы. По свидетельству Сахарова, Тамм уже в 1948 году, когда его отдел был включен в разработку проблемы, относился к модели Теллера крайне скептически и ориентировал свою группу на попытки найти новые решения.

Сахаров и Гинзбург очень быстро, к концу 1948 года, разработали новую идею водородной бомбы, которая сразу была признана полностью обоснованной и осуществимой. В этой модели, которая подробно никогда не раскрывалась, продолжая оставаться засекреченной, проблема давления была решена расположением дейтерия не в цилиндре, а послойно в самом плутониевом заряде (отсюда происходило и кодовое название «слойка» при обсуждении модели между физиками). Атомный взрыв обеспечивал температуру и давление для начала термоядерной реакции. Вместо слишком дорогого и искусственно получаемого трития Гинзбург предложил использование легкого изотопа лития, природного элемента. Литий, самый легкий из твердых элементов земной коры, вполне доступен. Даже при необходимости отделения лития-6 от других изотопов производство лития-6 было в тысячи раз дешевле производства трития. Выделение лития-6, составляющего 7,4 % в природном литии, намного проще, чем выделение дейтерия из природного водорода. Литий, кроме того, можно было использовать не в смеси, а в соединении с дейтерием – как дейтерид лития. Ядро лития-6, поглощая при атомном взрыве один нейтрон, распадается на ядро трития и ядро гелия-4. При этом выделяется больше энергии, чем при слиянии двух ядер дейтерия, но меньше, чем при слиянии ядер дейтерия и трития. Реакция идет по формуле:

6Li + n = 3N+4He + 4,6 МэВ

Образующийся при реакции тритий в свою очередь вступает в реакцию с дейтерием.

Недостаток этой модели состоял в том, что масса материала для термоядерного взрыва должна была быть пропорциональной массе входившего в заряд плутония. Легкий и тяжелый элементы располагались послойно. Размеры заряда нельзя поэтому было увеличивать только за счет дейтерия. Преимущество состояло в том, что размеры такой бомбы были небольшими и можно было проводить испытание именно бомбы, а не промежуточных, более крупных систем. Этот проект был одобрен Спецкомитетом по атомной энергии уже в 1949 году. Одновременно было принято и решение о создании для группы Тамма специального отдела на том объекте в Горьковской области, которым руководил Юлий Харитон.

В то время, когда Тамм и Сахаров впервые прилетели на объект летом 1949 года, здесь шли последние приготовления к испытанию первой советской атомной плутониевой бомбы. После успешного испытания этой бомбы 29 августа 1949 года всем основным сотрудникам предоставили первый за несколько лет отпуск. После возвращения главных членов Спецкомитета и Технического Совета из отпуска на особом черноморском курорте, который тоже был в системе атомного управления (физики и в море плавали в сопровождении телохранителей), состоялись важные решения о судьбе водородной бомбы. Объект КБ-11 предполагалось сильно расширить. Он получил новое название: Арзамас-16.

Именно здесь теперь предполагалось создавать и производить военные варианты атомных бомб. Здесь также планировалась и разработка двух вариантов водородной бомбы: сахаровского и модифицированного теллеровского. Зельдович уже работал на объекте больше двух лет. С 1950 года сюда должна была переехать на постоянную работу и вся группа Тамма. Предстояло обширное новое строительство и превращение Арзамаса-16 в закрытый атомград. Для нового научного пополнения объекта стали проектировать удобные коттеджи. Молодым ученым предстояло работать здесь много лет. С атомных объектов никто не мог увольняться просто «по собственному желанию».